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Omschrijving

Beim Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) wird ein Auftragspulver im Plasmalichtbogen aufgeschmolzen und erstarrt anschließend als Schutzschicht auf dem Substrat. In Metal-Matrix-Composites (MMC) können eingebrachte keramische Partikel die mechanischen und thermischen Eigenschaften verbessern; die gleichmäßige Verteilung dieser Partikel stellt jedoch weiterhin eine Herausforderung dar.In dieser Arbeit wird dafür ein multiphysikalischer, modular aufgebauter Simulationsansatz beschrieben. Der Plasmalichtbogen wird durch ein instationäres Magnetohydrodynamik-Modell (MHD) mit temperaturabhängigen Plasmagas-Eigenschaften abgebildet. Ein Partikelmodell auf Grundlage des Dense Discrete Phase Model (DDPM) berücksichtigt Injektion, Flugbahnen und Abschmelzverhalten. Die Partikelverteilung während der Erstarrung wird anschließend mit einem Volume-of-Fluid-Model (VOF) in Kombination mit einem Discrete Phase Model (DPM) modelliert.Die sequentielle Kopplung der Module verringert den Rechenaufwand und erlaubt eine schrittweise, konsistente Abbildung des Gesamtprozesses. Auf Basis der Simulationen werden die maßgeblichen Einflussgrößen auf die Partikelverteilung herausgearbeitet, Optimierungsansätze abgeleitet und die zugrunde liegenden fluiddynamischen sowie metallurgischen Mechanismen genauer eingeordnet.